A japán kutatók által vizsgált évelő növények génjei napoktól hónapokig terjedő időskálán követik nyomon a hőmérsékleti előzményeket, megakadályozva a túl korai vagy helytelen időpontban történő virágzást.
A növényeknek nincs agyuk, de mégis nyomon követik a múltat. Egy telet átváró növény számára a tegnapi hőmérséklet nem elég ahhoz, hogy eldöntse, mikor érkezett el igazán a tavasz. Ez azért fontos, mert a rossz időben történő virágzás megzavarhatja a növény normális szezonális ciklusát. Két évelő japán növény új elemzése kimutatta, hogy a növények néhány naptól több hónapig terjedő hőmérsékleti változásokra reagálnak. A tanulmányt elsősorban a japán Tsukuba Egyetem kutatói végezték.
A növényeknek többre van szükségük, mint a mai időjárás
Az évszakok közötti időjárás ritkán tökéletesen állandó: télen meleg időszak köszönthet be, míg a tavasz kezdete után hideghullám jöhet. A növényeknek ezért szükségük van egy olyan módszerre, amellyel a nagyobb mintázatra reagálhatnak, ahelyett, hogy minden rövid változásra erősen reagálnának.
Az új munka azt sugallja, hogy számos, a virágzással kapcsolatos gén segít a növényeknek nyomon követni a hőmérsékleti előzmények különböző részeit. A kutatók az Eutrema japonicumot, közismertebb nevén a wasabit és az Arabidopsis halleri subsp. gemmifera növényt vizsgálták. Mindkettő a mustárfélék családjának évelő tagja, ami azt jelenti, hogy több évig is fennmaradnak, ahelyett, hogy egyetlen évszakban teljesítenék teljes életciklusukat.
Három gén követi nyomon az évszakokat
A csapat három génre, a VIN3-ra, az FLC-re és az FT-re összpontosított, amelyek segítenek a virágzás szabályozásában. Az FLC lassítja a virágzást, a VIN3 reagál a hidegre, az FT pedig elősegíti a virágzást. A kutatók két éven át követték nyomon ezeket a géneket, és összehasonlították aktivitásukat a múltbeli hőmérsékletekkel, hogy lássák, mennyire reagálnak a korábbi időjárásra.
Az FLC aktivitása mindkét növényben több mint ezerszeresére változott az év során. Az E. japonicum esetében az FLC aktivitása a tél beállta előtt körülbelül 18 hét alatt csökkent, majd tavasszal körülbelül kilenc hét alatt ismét emelkedett; az A. halleri hasonló mintázatot mutatott (12 hetes csökkenéssel és hat hetes emelkedéssel). Ez azt mutatja, hogy az FLC aktivitása nemcsak az aktuális hőmérséklettől függ, hanem az évszaktól és a korábbi körülményektől is.
A kutatók összehasonlították a hasonló FLC-aktivitású téli és tavaszi növényeket is, amikor azokat 4 °C-ra (39 °F) vagy 23 °C-ra (73 °F) helyezték át. Melegebb hőmérsékleten az FLC stabil maradt a téli növényekben, de tízszeresére emelkedett a tavaszi növényekben, míg hidegebb hőmérsékleten gyorsan csökkent a téli növényekben, de sokkal később változott a tavasziakban. Más szóval, két hasonló FLC-aktivitással rendelkező növény nagyon eltérően reagálhatott ugyanarra a hőmérsékletre attól függően, amit a szezon elején tapasztaltak.
A gének különböző időskálákra emlékeznek
A kutatók létrehoztak egy „termikus memória intervallumnak” nevezett mérőszámot, amely megmutatja, hogy a hőmérsékleti történelemben mennyi időre visszamenőleg lehet a legjobban előre jelezni egy gén jelenlegi aktivitását:
Az E. japonicum esetében a VIN3 körülbelül 4–6 nappal korábbi hőmérsékleteket tükrözött, míg az FLC körülbelül 13–28 nap közötti, az FT pedig mintegy 104–150 napra visszamenőleges hőmérsékleteket.
Az A. halleri ugyanezt a mintázatot mutatta: a VIN3 a legrövidebb időszakot, az FLC a heteket, az FT pedig a hőmérsékleteket tükrözte egészen az elemzés 150 napos határáig.
Emellett az FLC a különböző évszakokban eltérő memóriahosszakat is mutatott: tavasszal rövidebb (az E. japonicum esetében 14–15 nap), ősszel és télen pedig hosszabb (68–90 nap, illetve az A. halleri-nél 57–107 nap) múltbeli hőmérsékletet tükrözött.
Melegebb körülmények és a modell eredményei
A kutatók az E. japonicum növényeket Ikawából melegebb körülmények közé, Tsukuba városába költöztették, ahol az év nagy részében legalább 4 Celsius-fokkal magasabb volt a hőmérséklet. A szeptemberben áthelyezett növények 70%-a nem virágzott, 30%-a pedig későn virágzott, az októberben áttelepítettek közül pedig egyik sem virágzott a megfigyelt időszakban. Bár a szokásos génmintázatok megmaradtak, a napfény mennyiségének különbsége miatt az eredmények nem bizonyítják, hogy önmagában a melegebb hőmérséklet okozta a változásokat.
A 2016 és 2018 közötti adatok felhasználásával a kutatók egy olyan modellt építettek, amelyet a 2021 és 2022 között gyűjtött mérésekkel teszteltek. A modell 0,8 feletti korrelációval pontosan követte a VIN3, az FLC és az FT szezonális aktivitását, és helyesen előre jelezte a jelentősebb szezonális változások bekövetkezését.
Miért fontos ez?
Az évszakos hőmérséklet változásával a növények melegebb teleket és szokatlan ingadozásokat tapasztalhatnak a hideg és meleg időjárás között. Bár a termikus memória intervallum nem mutatja meg pontosan, hogyan tárolják a növények a múltbeli hőmérsékleti információkat (és az FT hosszú memóriája részben más géneken keresztül átadott jelekből származhat), az eredmények rávilágítanak arra, hogy a növények napokkal, hetekkel és hónapokkal korábban is képesek reagálni a környezeti tényezőkre – írta a PlosOne.
